課程設(shè)計(jì)（論文）幅度頻率可調(diào)正弦波發(fā)生器

1、 課程設(shè)計(jì)(論文)說明書題 目： 幅度頻率可調(diào)正弦波發(fā)生器 院 （系）： 信息與通信學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 2010年 12 月 14 日摘 要正弦波是應(yīng)用比較廣泛的信號之一，產(chǎn)生的方法也比較多。本實(shí)驗(yàn)由單片機(jī)產(chǎn)生一個數(shù)字正弦信號，后有數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出模擬正弦信號。將5v直流電壓轉(zhuǎn)換為幅度頻率可調(diào)的正弦波。關(guān)鍵詞：單片機(jī); 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ；頻率幅度可調(diào)abstractcomparison of sine wave is one of a wide range of signals, the resulting method will be m

2、ore. in this study, the microcontroller generates a digital sinusoidal signal, the conversion after the dac, the output analog sinusoidal signals. will be converted to 5v dc voltage adjustable frequency range of sine wave.key words：scm; dac; frequency range adjustable目 錄引言31 電路原理32 芯片介紹32.1 tlc5618數(shù)

3、模轉(zhuǎn)換芯片32.2 51單片機(jī)62.3 lm358功率放大器73 總體設(shè)計(jì)93.1電路設(shè)計(jì)總思路93.2 單片機(jī)的設(shè)計(jì)93.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì).10 3.4 各部分電路功能介紹.113.5 新板子-電感三點(diǎn)式振蕩器.134 調(diào)試步驟及結(jié)果174.1 檢查連線174.2 通電檢測174.3 觀察調(diào)節(jié)174.4 分步調(diào)試174.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果175 設(shè)計(jì)總結(jié)17謝辭18參考文獻(xiàn)19附錄20引言本次實(shí)驗(yàn)做的是正弦波發(fā)生器，我的思路是微機(jī)原理老師上課時講到的一種方法。由單片機(jī)產(chǎn)生一個正弦波信號，用數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成正弦波的模擬信號。實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在于單片機(jī)的編程以及其與數(shù)模轉(zhuǎn)換器直接的連接。本次實(shí)驗(yàn)要做到頻率

4、與幅度可調(diào)。頻率可調(diào)由單片機(jī)完成，幅度可調(diào)，由電路中滑動變阻器控制輸出振幅。1. 電路原理電路如圖：圖1 原理圖2. 芯片介紹2.1 tlc5618數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片介紹可編程建立時間至0.5 lsb的2.5s或12.5s的典型兩個12位電壓輸出dac中的cmos8引腳封裝用于dac a和同時更新dac b單電源供電3線串行接口高阻抗基準(zhǔn)輸入電壓輸出范圍。 。 。 2倍參考輸入電壓軟件掉電模式內(nèi)部上電復(fù)位和spi兼容的tms320低功耗：- 3在低速模式毫瓦典型值，- 8 mw的典型快速模式輸入數(shù)據(jù)更新率1.21兆赫單調(diào)過溫在q -溫度可用汽車highrel汽運(yùn)配置控制/打印支持汽車標(biāo)準(zhǔn)資格應(yīng)用電池

5、供電測試儀器數(shù)字偏移和增益調(diào)整電池操作/遠(yuǎn)程工業(yè)控制機(jī)與運(yùn)動控制設(shè)備蜂窩電話描述 該tlc5618是雙通道12位電壓輸出數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器（dac）與緩沖基準(zhǔn)輸入（高阻抗）。這些dac有一個輸出電壓范圍是兩次參考電壓，以及dac的單調(diào)性。該設(shè)備使用簡單，由單一運(yùn)行五，一個5供應(yīng)上電復(fù)位功能，是在設(shè)備注冊成立，以確?？芍貜?fù)的啟動條件。數(shù)字控制的tlc5618超過3線cmos兼容的串行總線。器件接收用于編程和16位字生產(chǎn)模擬輸出。數(shù)字輸入施密特觸發(fā)器高噪聲的免疫力。數(shù)字通信協(xié)議包括spi，qspi，和microwire標(biāo)準(zhǔn)。兩種設(shè)備的版本。該tlc5618沒有內(nèi)部狀態(tài)機(jī)并在所有外部定時信號而定。該t

6、lc5618a有一個內(nèi)部狀態(tài)機(jī)，它計(jì)數(shù)時鐘數(shù)從cs的下降沿，然后更新，并禁止從接受進(jìn)一步的設(shè)備數(shù)據(jù)輸入。該tlc5618a推薦的tms320和spi處理器和tlc5618是建議只對spi或3線串行接口的處理器。該tlc5618a是向后兼容，設(shè)計(jì)工作在tlc5618設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。圖2tlc5618數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片管腳連接圖圖3tlc5618數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片時序圖2.2 51單片機(jī)51單片機(jī)是對目前所有兼容intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是intel的8031單片機(jī). 圖4 單片機(jī)管腳圖后來隨著flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長足的進(jìn)展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8

7、位單片機(jī)之一，其代表型號是atmel公司的at89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，在目前乃至今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。51單片機(jī)即是基礎(chǔ)入門的一個單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。 當(dāng)前常用的51系列單片機(jī)主要產(chǎn)品有： *intel的：80c31、80c51、87c51，80c32、80c52、87c52等； *atmel的：89c51、89c52、89c2051等； 主要功能：8位cpu4kbytes 程序存儲器(rom) (52為8k) 256bytes的數(shù)據(jù)存儲器(ram) （52有384

8、bytes的ram） 32條i/o口線111條指令，大部分為單字節(jié)指令 21個專用寄存器 2個可編程定時/計(jì)數(shù)器5個中斷源，2個優(yōu)先級（52有6個） 一個全雙工串行通信口 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kb 外部程序存儲器尋址空間為64kb 邏輯操作位尋址功能雙列直插40pindip封裝 單一+5v電源供電 cpu：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器； ram：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)； rom：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； i/o口：四個8位并行i/o口，既可用作輸入，也可用作輸出； t/c：兩個定時/記數(shù)器，既可以

9、工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式； 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)； 一個全雙工uart（通用異步接收發(fā)送器）的串行i/o口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信； 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12m。2.3 lm358功率放大器lm358里面包括有兩個高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)放的地方使用。圖5 lm358引腳圖及引腳功能lm358封裝有塑封8引線雙列直插式和貼片式兩種。lm358的特點(diǎn): . 內(nèi)部頻率補(bǔ)償

10、. 低輸入偏流. 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流. 共模輸入電壓范圍寬，包括接地. 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍. 直流電壓增益高(約100db) . 單位增益頻帶寬(約1mhz) . 電源電壓范圍寬：單電源(330v)；. 雙電源(1.5 一15v). 低功耗電流，適合于電池供電. 輸出電壓擺幅大(0 至vcc-1.5v) 圖6 lm358管腳連接圖圖7 lm358示意圖3 總體設(shè)計(jì)3.1 電路設(shè)計(jì)總體思路由單片機(jī)產(chǎn)生一個正弦波信號，用數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成正弦波的模擬信號。頻率可調(diào)由單片機(jī)完成。數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號接到滑動變阻器上，由滑動變阻器接上輸出，通過調(diào)滑動變阻器的滑頭調(diào)節(jié)輸出幅度。

11、滑動變阻器的滑頭另一端接功率放大器，然后接到輸出端口。3.2 單片機(jī)設(shè)計(jì)思路：求出正弦波每個橫坐標(biāo)對應(yīng)的值，把該值轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制，然后按12位串口輸出。程序代碼：#include #include #define uchar unsigned charsbit din=p10;sbit clk=p11;sbit cs=p12;int s;uchar w=10;main() int i,j; char ss16=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; ie=0x85; tcon=0x01; p2=w; while(1) for(i=0;i3.1416*2/(0.01*w)

12、;i+) s=1900*sin(i*0.01*w)+1900; for(j=0;j12;j+) ssj=s%2; s/=2; cs=0; for(j=0;j16;j+) clk=1; din=ss15-j; clk=0; cs=1; void delay(void)int i,j;for(i=0;i1000;i+)for(j=0;j20)w=20; delay();void dec_w(void) interrupt 2 w-; if(w1)w=1; delay();3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)給數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供2.5v的基準(zhǔn)電壓。讓正弦信號以5v為基準(zhǔn)上下擺動。圖8 設(shè)計(jì)思路示意圖：平衡位置即為2.

13、5v3.4 各部分電路功能介紹（1）名稱：晶體振蕩器功能：為單片機(jī)提供時鐘頻率clk圖10晶體振蕩器（2）名稱：單片機(jī)及其外接控制開關(guān)功能：產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波圖11單片機(jī)及其外接控制開關(guān)（3）名稱：燒程序接頭功能：將程序下載到單片機(jī)圖12燒程序接頭（4）名稱：數(shù)模轉(zhuǎn)換器功能：把數(shù)字正弦波信號轉(zhuǎn)換成模擬正弦波信號圖13數(shù)模轉(zhuǎn)換器（5）名稱：滑動變阻器（電位器）功能：滑動變阻器接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出，中間的接頭接到功放作為整個電路的輸出。從而實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)。圖14滑動變阻器（電位器）（6）名稱：功率放大器功能：減小負(fù)載對電路性能的影響，使負(fù)載上的信號電流和電壓較大。圖15功率放大器（7）名稱：直流分壓

14、電路功能：為數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供基準(zhǔn)電壓圖16直流分壓電路（8）名稱：共地和輸出接口 功能：接地，接輸出圖17 共地和輸出接口3.5 新板子-電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器又稱哈特萊振蕩器，其原理電路如圖18（a）所示，圖18（b）是其交流等效電路。圖18（a）中， rb1、rb2和re為分壓式偏置電阻；cb和ce分別為隔直流電容和旁路電容；l1、l2和c組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極交流負(fù)載，諧振回路的三個端點(diǎn)分別與晶體管的三個電極相連，符合三點(diǎn)式振蕩器的組成原則。由于反饋信號由電感線圈l2取得，故稱為電感反饋三點(diǎn)式振蕩器。采用與電容三點(diǎn)式振蕩電路相似的方法可求得起振條件的公式為 （3-4) (3

15、-6)當(dāng)線圈繞在封閉瓷芯的瓷環(huán)上時，線圈兩部分的耦合系數(shù)接近于1，反饋系數(shù)f近似等于兩線圈的匝數(shù)比，即f=n2/n1。rb1relvtcbcecl1l2vtl1l2cvccrb2(a) 原理電路(b) 交流等效電路圖18 電感三點(diǎn)式振蕩器振蕩頻率的近似為 (3-7)若考慮goe、gie的影響時，滿足相位平衡條件的振蕩頻率值為 (3-8)式中，l=l1+l2+2m。由式 (3-8) 可見，電感三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率要比式 (3-7) 所示的頻率值稍低一些，goe、gie越大，耦合越松，偏低得越明顯。 所以: 所以可先設(shè)定c=100pf，因此可得,可以設(shè)為,而所以可知： 當(dāng)回路諧振時,所以有: 在

16、輸出端接上滑動變阻器后可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能。經(jīng)仿真后可觀察到起振的過程和穩(wěn)定后的輸出波形如圖所示：圖19 新電路板仿真圖圖20 負(fù)載滑動變阻器在50%處輸出波形圖21負(fù)載滑動變阻器在0%處輸出波形4 調(diào)試步驟及結(jié)果4.1 檢查連線 用電筆檢查各處連線是否正常導(dǎo)通。4.2 通電檢測 接上5v直流電源，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4.3 觀察調(diào)節(jié) 輸出部分接到示波器上。觀察波形，調(diào)整電位器和單片機(jī)按鈕。4.4 分步調(diào)試 觀察波形，調(diào)節(jié)電位器，正弦波幅度是否改變。調(diào)節(jié)單片機(jī)，看正弦波的頻率是否改變。4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 經(jīng)過調(diào)試，數(shù)模轉(zhuǎn)換器可能有問題不能正常工作（學(xué)校里面沒有高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器賣，該芯片由別人幫買回的，沒辦法更

17、換了），實(shí)驗(yàn)不能輸出預(yù)期波形。5 設(shè)計(jì)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)用到了單片機(jī)，是第一次使用，在其中學(xué)到了不少東西。特別重要的一點(diǎn)收獲是做板前必須先弄清可以買到什么元器件，本次實(shí)驗(yàn)由于沒能買到合適數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片而導(dǎo)致了不能輸出預(yù)期波形。 謝 辭 感謝在整個課程設(shè)計(jì)過程中幫助過我的每一位人。首先，也是最主要感謝的是我的指導(dǎo)老師，符杰林老師。在整個過程中他給了我很大的幫助，在設(shè)計(jì)題目的選擇，他給了很多參考意見，同時又幫我具體分析設(shè)計(jì)過程的大體方案，讓我在設(shè)計(jì)時有了具體方向。在pcb板制作失敗是知道我詳細(xì)查找問題的所在，在此十分感謝符老師的細(xì)心指導(dǎo)，才能讓我順利完成課程設(shè)計(jì)。其次，要感謝幫我查資料提出意見的每一位同學(xué)

18、，他們在我還沒有選擇題目時到板的調(diào)試不斷地給我提出意見，并提供方案給我參考，使我順利完成這次課程設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 馬淑華.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京郵電大學(xué)出版社.20032 王衛(wèi)東.模擬電子電路基礎(chǔ).西安電子科技大學(xué)出版社.20033 王衛(wèi)東.高頻電子電路.電子工業(yè)出版社.20094 蔣卓勤、鄧玉元.multisim及其在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版社.20035 趙景波、向華. protel 99 se基礎(chǔ)教程 人民郵電出版.2009附 錄原理圖：圖22 原理圖pcb圖圖23 pcb單片機(jī)程序#include #include #define uchar unsigned charsbit din=p10;sbit clk=p11;sbit cs=p12;int s;uchar w=10;main() int i,j; char ss16=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; ie=0x85